變頻電機(jī)絕緣老化機(jī)理及表征

前言

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵路“瓶頸”在新一輪經(jīng)濟(jì)增長中的制約作用日益突出，加快鐵路發(fā)展，大力發(fā)展高速鐵路，形成覆蓋全國主要城市，安全舒適、快捷高效的鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)已成為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需求?！笆晃濉逼陂g我國將建設(shè)9800km客運(yùn)專線，在13000km提速干線實(shí)現(xiàn)客車時(shí)速達(dá)到200km。高速動(dòng)車組普遍采用變頻調(diào)速交流傳動(dòng)系統(tǒng)，變頻調(diào)速牽引電機(jī)是高速動(dòng)車組的關(guān)鍵設(shè)備之一，其安全、可靠性直接影響高速動(dòng)車組的性能。變頻調(diào)速牽引電機(jī)絕緣長期承受連續(xù)高壓方波脈沖電壓的作用，出現(xiàn)了定子絕緣過早失效的情況。研究發(fā)現(xiàn)變頻電機(jī)定子繞組絕緣承受的不再是傳統(tǒng)的正弦電壓而是連續(xù)高壓方波脈沖。高壓方波脈沖使得定子繞組絕緣承受更高的電壓，頻率可達(dá)20kHz；高頻作用使得介質(zhì)損耗、局部放電、空間電荷對(duì)絕緣的老化作用加劇，導(dǎo)致絕緣過早失效。傳統(tǒng)交流電動(dòng)機(jī)絕緣設(shè)計(jì)方法已不能滿足變頻調(diào)速牽引電機(jī)絕緣的實(shí)際需要，而PWM高壓方波脈沖下絕緣系統(tǒng)的老化機(jī)理以及壽命模型理論尚屬空白，因此對(duì)變頻電機(jī)絕緣技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)地研究已迫在眉睫?！　”緯窃趪易匀豢茖W(xué)基金——高速機(jī)車牽引電機(jī)絕緣電老化機(jī)理及表征的研究，霍英東教育基金——高速機(jī)車牽引電機(jī)絕緣老化機(jī)理的研究，國家自然科學(xué)基金與韓國科學(xué)與工程基金聯(lián)合資助項(xiàng)目——電纜造成變頻調(diào)速牽引電機(jī)絕緣系統(tǒng)破壞的機(jī)理與對(duì)策，教育部博士點(diǎn)基金——脈沖電壓下空間電荷影響絕緣材料老化、失效機(jī)理的研究及表征等項(xiàng)目的支持下，經(jīng)過7年多的研究，并在借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上撰寫而成的。為開展該領(lǐng)域的研究奠定了理論基礎(chǔ)，可為變頻電機(jī)絕緣設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行維護(hù)提供技術(shù)支持?！　”緯饕獌?nèi)容為變頻電機(jī)絕緣的老化機(jī)理及其檢測(cè)方法，圍繞變頻調(diào)速牽引電機(jī)絕緣的老化特征，對(duì)其影響因素進(jìn)行深入的分析研究與試驗(yàn)，為最終提出其破壞機(jī)理、壽命模型及其絕緣狀態(tài)的檢測(cè)方法逐步展開。通過本書的學(xué)習(xí)可使讀者掌握變頻電機(jī)設(shè)計(jì)、運(yùn)行的理論基礎(chǔ)，為培養(yǎng)變頻電機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行及維護(hù)等專門人才打下良好的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，為開展變頻電機(jī)絕緣技術(shù)的進(jìn)一步深入研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

本書全面系統(tǒng)地闡述了變頻電機(jī)絕緣老化、失效機(jī)理及其表征方法。全書共分10章，介紹了變頻電機(jī)絕緣的特點(diǎn)、構(gòu)成，闡述了變頻電機(jī)絕緣面臨的主要問題；介紹了絕緣材料的理論基礎(chǔ)，研究了變頻電機(jī)絕緣過電壓的形成機(jī)理及其影響因素；基于高壓方波脈沖的絕緣老化試驗(yàn)系統(tǒng)，研究了高壓方波脈沖電壓下的局部放電行為和空問電荷特性；通過進(jìn)行不同電壓幅值、頻率、溫度下的老化試驗(yàn)和壽命試驗(yàn)，分析了局部放電參量、介電性能及空間電荷特性隨老化的變化規(guī)律，得出了連續(xù)高壓方波脈沖下的壽命模型以及絕緣老化的影響因素和壽命的表征參量。    本書不僅理論方法先進(jìn)，而且工程應(yīng)用性很強(qiáng)，適合從事交流變頻絕緣技術(shù)研究及絕緣材料研制的科研人員，從事變頻電機(jī)設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營管理及維護(hù)的工程技術(shù)人員，高等學(xué)校高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)、電機(jī)與電器專業(yè)的教師及研究生閱讀。也可供準(zhǔn)備從事變頻電機(jī)絕緣研究的科技人員和學(xué)生作為了解專業(yè)基礎(chǔ)的參考書目。

書籍目錄

前言第1章 緒論　1.1 變頻電機(jī)及其特點(diǎn)　　1.1.1 電機(jī)的發(fā)展概況　　1.1.2 變頻電機(jī)的特點(diǎn)　　1.1.3 變頻電機(jī)的絕緣技術(shù)　1.2 變頻電機(jī)絕緣的現(xiàn)狀　　1.2.1 變頻電機(jī)絕緣的特殊性　　1.2.2 變頻電機(jī)絕緣的過早失效　　1.2.3 國內(nèi)外變頻電機(jī)絕緣的研究進(jìn)展　1.3 變頻電機(jī)絕緣的問題　　1.3.1 電機(jī)絕緣材料的要求　　1.3.2 傳統(tǒng)絕緣結(jié)構(gòu)與工藝的不足　　1.3.3 嚴(yán)酷的電氣環(huán)境　　1.3.4 變頻電機(jī)絕緣的改進(jìn)　1.4 變頻電機(jī)絕緣技術(shù)展望　參考文獻(xiàn)第2章 變頻電機(jī)絕緣材料的物理基礎(chǔ)　2.1 介電材料的基本性能與極化　　2.1.1 介電材料的宏觀性質(zhì)　　2.1.2 化學(xué)鍵　　2.1.3 介電材料的極化與松弛　2.2 熱刺激電流　　2.2.1 熱刺激電流的宏觀與微觀表現(xiàn)　　2.2.2 熱刺激松弛和松弛時(shí)間　　2.2.3 空間電荷的熱刺激電流　2.3 局部放電的原理　　2.3.1 局部放電的等效模型　　2.3.2 局部放電的特點(diǎn)　　2.3.3 局部放電對(duì)固體絕緣的危害　2.4 介電譜的基本理論　　2.4.1 電偶極矩　　2.4.2 德拜方程　　2.4.3 Cole-Cole圖　參考文獻(xiàn)第3章 納米絕緣材料的表面與界面　3.1 材料的表面與界面　　3.1.1 材料的表面　　3.1.2 材料的界面　3.2 納米材料的表面與界面特性　　3.2.1 納米材料及微粒特性　　3.2.2 納米材料的表面性質(zhì)　　3.2.3 納米材料的界面理論　　3.2.4 納米材料與絕緣介質(zhì)的性能　3.3 納米材料表面與界面的表征　　3.3.1 納米材料的顯微圖像分析　　3.3.2 X射線電子能譜　　3.3.3 紅外和拉曼光譜　參考文獻(xiàn)第4章 變頻電機(jī)絕緣材料及結(jié)構(gòu)　4.1 變頻電機(jī)絕緣材料　　4.1.1 絕緣材料耐熱等級(jí)評(píng)定　　4.1.2 常用絕緣材料的特性　　4.1.3 聚酰亞胺納米絕緣材料　4.2 變頻電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)　　4.2.1 低壓電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)　　4.2.2 高壓電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)　　4.2.3 電機(jī)線圈的匝間絕緣　4.3 變頻電機(jī)絕緣工藝　　4.3.1 防電暈漆包技術(shù)　　4.3.2 高性能繞包技術(shù)　　4.3.3 絕緣材料新工藝　　4.3.4 變頻牽引電機(jī)200級(jí)絕緣　參考文獻(xiàn)第5章 變頻電機(jī)過電壓及其特征第6章 電機(jī)絕緣老化與試驗(yàn)系統(tǒng)第7章 高壓方波脈沖下的局部放電第8章 高壓方波脈沖下的介電譜第9章 高壓脈沖條件下的究竟電荷第10章 變頻電機(jī)絕緣老化及表征

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　變頻電機(jī)及其特點(diǎn)　　1.1.1　電機(jī)的發(fā)展概況　　電能的生產(chǎn)、變換、傳輸、分配、使用和控制等，都必須利用電機(jī)作為能量轉(zhuǎn)換的機(jī)電裝置。在電力工業(yè)中，發(fā)電機(jī)和變壓器是發(fā)電廠和變電站的主要設(shè)備。在工業(yè)企業(yè)中，大量應(yīng)用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)去拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械。如在機(jī)械工業(yè)、冶金工業(yè)、化學(xué)工業(yè)中，機(jī)床、電鏟、軋鋼機(jī)、吊車、抽水機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等都要用大大小小的電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)；在自動(dòng)控制技術(shù)中，各式各樣的小巧靈敏的控制電機(jī)廣泛地被作為檢測(cè)、放大、執(zhí)行和解算元件。　　不論是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換，還是控制電機(jī)的信號(hào)變換，都是通過電磁感應(yīng)作用而實(shí)現(xiàn)的，因此分析電機(jī)內(nèi)部的電磁過程及其所表現(xiàn)的特性時(shí)，要應(yīng)用有關(guān)電和磁的規(guī)律，如電路第一、第二定律，全電流定律，電磁感應(yīng)定律和電磁力定律等。但是，電機(jī)畢竟是一種機(jī)械，除電磁規(guī)律以外，還涉及結(jié)構(gòu)、工藝、材料等方面的問題，所以電機(jī)在拖動(dòng)系統(tǒng)中是一種綜合性的裝置或元件?！　‰姍C(jī)隨著生產(chǎn)發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展，而電機(jī)的發(fā)展反過來又促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力的不斷提高。在由電氣化時(shí)代進(jìn)入原子能、計(jì)算機(jī)及自動(dòng)化時(shí)代的今天，不僅對(duì)電機(jī)提出了諸如性能良好、運(yùn)行可靠、單位容量的重量輕、體積小等方面的要求，而且隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置的發(fā)展，在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的理論基礎(chǔ)上，發(fā)展出多種高精度、快響應(yīng)的控制電機(jī)，成為電機(jī)學(xué)科的一個(gè)獨(dú)立分支。與此同時(shí)，電力電子學(xué)等學(xué)科的滲透使電機(jī)這一較為成熟的學(xué)科得到新的發(fā)展?！　⌒轮袊闪⒁詠?，我國的電機(jī)制造工業(yè)發(fā)生了巨大變化，不僅建成了獨(dú)立自主和完整的體系，而且有些產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。就各種拖動(dòng)系統(tǒng)中的主要設(shè)備——電動(dòng)機(jī)而言，近年來已生產(chǎn)了不少大型的直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)；在中小型電機(jī)和控制電機(jī)方面，亦自行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了不少新系列電機(jī)。由于生產(chǎn)上的需要，最近幾年來，對(duì)電機(jī)的新原理、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料、新的運(yùn)行方式和調(diào)試方法，亦進(jìn)行了許多摸索、研究和試驗(yàn)工作，取得了不少成就。

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